CH663284A5

CH663284A5 - Stereomikroskop.

Info

Publication number: CH663284A5
Application number: CH2489/83A
Authority: CH
Inventors: Franz Muchel; Fritz Dr Straehle
Original assignee: Zeiss Carl Fa
Priority date: 1982-05-12
Filing date: 1983-05-06
Publication date: 1987-11-30
Also published as: MX152710A; US4518231A; GB8312684D0; CA1244685A; GB2120402A; GB2120402B; DE3217776A1; DE3217776C2; JPS58203411A

Description

Die Erfindung betrifft ein Stereomikroskop mit zwei parallel geführten Teilbüscheln hinter einer Objektivbaugruppe.

Bei Stereomikroskopen sind zur Zeit zwei verschiedene Typen nebeneinander im Gebrauch, solche mit einem gemeinsamen Hauptobjektiv für beide stereoskopische Teilbüschel und solche mit getrennten Objektiven für die beiden Beobachtungskanäle (Greenough-Typ).

Während bei Stereomikroskopen der erstgenannten Art die Schärfenebenen für beide Beobachtungskanäle zusammenfallen, was auch bei hohen Vergrösserungen ein randscharfes Bild ergibt, bilden die Schärfenebenen bei Stereomikroskopen nach Greenough einen Winkel miteinander, was diesen Mikroskoptyp für die Beobachtung ausgedehnter, flacher Objekte ungeeignet macht. Dagegen besitzen Greenough-Mikroskope den Vorteil eines kostengünstigeren Aufbaus gegenüber einem Stereomikroskop mit gemeinsamem Hauptobjektiv.

Beide Mikroskoptypen besitzen noch eine Reihe weiterer Vor- und Nachteile gegen den jeweils anderen Typ. So tritt bei Mikroskopen der erstgenannten Art trotz weitgehender Farbkorrektion des Hauptobjektivs ein Farbquerfehler in Richtung der Stereobasis auf, bedingt durch den nichtzentrischen Durchgang der beiden Teilbüschel durch das Hauptobjektiv. Dieser Fehler, der bei Greenough-Stereomikroskopen prinzipiell nicht auftritt, verschlechtert merkbar das Auflösungsvermögen von Stereomikroskopen mit gemeinsamem Hauptobjektiv. Dagegen bietet die Adaption von Zusatzgeräten an Stereomikroskope vom Greenough-Typ Schwierigkeiten, da die optischen Achsen der beiden Stereokanäle im Normalfalle gegeneinander geneigt sind.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 6 926 292 ist es bekannt, die gegeneinander geneigten Achsen eines Stereomikroskops vom Greenough-Typ mit Hilfe eines Paares von dispersi-ven Prismen parallel zu richten (Fig. 9). Allerdings sind für jeden Bildausgang weitere, gleichartige Prismenpaare nötig, die den durch das Ablenken eingeführten Farbquerfehler wieder beheben, so dass im Endeffekt die Achsen der Stereokanäle nur in einem kleinen Bereich zwischen den Prismen parallel verlaufen.

In der US-PS 3 353 892 ist ein Stereomikroskop mit gemeinsamem Hauptobjektiv beschrieben, in dem der Farbquerfehler in Richtung der Stereobasis durch ein ablenkendes Prismenpaar kompensiert wird, wodurch das Mikroskop gegeneinander geneigte Beobachtungskanäle erhält und damit einem Greenough-Mikroskop vergleichbar wird. Die Prismen bestehen aus den gleichen Gläsern wie das gemeinsame Hauptobjektiv. Sie müssen recht grosse Keilwinkel aufweisen, um die Prismenwirkung des nicht-zentrisch durchsetzten Hauptobjektivs gerade zu kompensieren.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Stereomikroskope zu schaffen, die hinter der Objektivbaugruppe parallel verlaufende Stereoachsen besitzen, wobei Farbfehler in der Objektivbaugruppe auskorrigiert sind und insbesondere auch kein grösserer Farbquerfehler in Richtung der Stereobasis auftritt.

Diese Aufgabe wird gemäss den Kennzeichen der Ansprüche 1 bzw. 2 gelöst.

Die Lösung nach Anspruch 2 verwendet den an sich bekannten Aufbau eines Stereomikroskops mit gemeinsamem Hauptobjektiv, durch das die optischen Achsen der beiden stereoskopischen Teilbüschel parallel gerichtet werden. Der dabei auftretende Farbquerfehler in Richtung der Stereobasis wird durch geradsichtige, dispersive Keilprismen korrigiert, die beispielsweise aus zwei dünnen, miteinander verkitteten Einzelkeilprismen bestehen, deren Prismenwinkel sehr klein gehalten werden können. Sie betragen bei einem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 1°.

Es ist zweckmässig jeweils Hauptobjektive unterschiedlicher Brennweite mit den dazu gehörenden Keilprismen in als Wechselteil ausgebildeten Baugruppen zusammenzufassen, da der zu korrigierende Farbquerfehler von der Brennweite der verwendeten Hauptobjektive abhängt.

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Bei der Lösung nach Anspruch 1 ist der an sich bekannte Aufbau eines Stereomikroskops nach Greenough gewählt, dessen Achsen durch achromatische bzw. apochromatische Keilprismen hinter dem Teilobjektivpaar parallel gerichtet werden. Die Keilprismen zur Korrektion werden vorzugsweise als Kittglied zweier Keilprismen aus Gläsern mit anomaler Dispersion gebildet, beispielsweise den im Glaskatalog der Firma Schott & Gen., Mainz aufgeführten Gläsern FK 51 und KZFSN 4.

Bei dieser Lösung können für alle Teilobjektive die gleichen Keilprismen verwendet werden. Dennoch ist es zweckmässig die Keilprismen mit den Teilobjektiven zu einer gemeinsamen, als Wechselteil ausgebildeten Baugruppe, zusammenzufassen.

Denn wenn dafür gesorgt ist, dass die Objektivbaugruppen diesen Typs (Greenough) in ihren wesentlichen Daten wie Schnittweite, Bündelquerschnitt, Separation der Teilbüschel, mechanische Anschlussmasse usw. mit den Objektivbaugruppen des erstgenannten Typs übereinstimmen, dann ist es möglich, Baugruppen beiden Typs an ein und demselben Mikroskopgrundkörper zu betreiben.

Damit ergibt sich für den Hersteller die Möglichkeit einer weitgehenden Standardisierung seines Geräteprogramms, während der Benutzer weiterhin zwischen zwei verschiedenen Mikroskoptypen wählen kann, die sich im Preis und in der Leistungsfähigkeit voneinander unterscheiden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der zur Erläuterung beigefügten Zeichnungen:

Fig. 1 skizziert den Strahlengang in einem Stereomikroskop mit parallel geführten Teilbücheln;

Fig. 2 ist ein Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Objektivgruppe 2 aus Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Objektivbaugruppe 2 aus Fig. 1;

Fig. 4 skizziert den Verlauf der chromatischen Winkeldispersion in Richtung der Stereobasis für ein Teilobjektiv aus Fig. 2;

Fig. 5 skizziert den Verlauf der chromatischen Winkeldi-5 spersion in Richtung der Stereobasis für das Hauptobjektiv aus Fig. 3;

Fig. 6 zeigt den Linsenschnitt eines für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 gerechneten Hauptobjektivs.

Das in Fig. 1 skizzierte Stereomikroskop besteht aus einem io Grundkörper 1, in dem die zur Führung der beiden parallel verlaufenden stereoskopischen Strahlengänge nötige Optik angeordnet ist. Der Grundkörper 1 trägt an seinem objektseitigen Ende die Objektivbaugruppe 2 — hier nicht näher ausgeführt —, die die Teilbüschel 4 und 5 des stereoskopischen Strahlen-15 ganges konvergent auf die Oberfläche des Objektes 3 richtet.

Die Optik des Grundkörpers 1, die der Einfachheit halber nur für eine der beiden symmetrischen Strahlengänge mit Bezugszeichen versehen ist, umfasst ein Zoomsystem 6 bestehend aus verschiebbaren Linsengliedern 7, Strahlteilerprismen 8 zur 20 Ankopplung von Zusatzgeräten, eine Tubuslinse 9 zur Erzeugung des Zwischenbildes 11 vor den Okularen 12 sowie eine Spiegeltreppe 10 zur Anpassung an den Augenabstand des Beobachters.

Die Objektivbaugruppe 2a, wie in Fig. 2 gezeigt, ist aus1 25 wechselbar ausgebildet. Sie enthält in einem ersten Ausführungsbeispiel zwei gegeneinander geneigte, achromatische Teilobjektive 13' und 13' ' sowie ein aus zwei Teilen 14 und 15 zusammengesetztes, achromatisches Keilprismenpaar, das die Achsen der nach Art eines Stereomikroskops vom Greenough-30 Typ im Winkel von etwa 6° gegen die optische Achse geneigten Teilobjektive 13', 13' ' unter Vermeidung von Farbquerfehlern parallel richtet.

Die Daten der Keilprismen 14 und 15 sind in der nachfolgenden Tabelle I angegeben:

Brechzahlen nC' nF- ng

1,48508 1,49088 1,49365

1,60990 1,62390 1,63085

In Fig. 4 ist der durch die Keilprismen 14/15 bewirkte Ablenkwinkel sin S in Abhängigkeit von der Wellenlänge X darge-50 stellt. Infolge der anomalen Dispersion der verwendeten Gläser ergibt sich selbst für die gewählte Form eines Kittgliedes aus nur zwei Einzelprismen eine Farbaufspaltung A sin Se.g von 6-10"5, was bei Verwendung eines Teilobjektivs mit der Brennweite f = 100 mm zu einem Farbquerfehler A x = 6 -10~3 mm 55 im Objekt führt. Dieser Wert liegt unterhalb der Auflösungsgrenze eines solchen Teilobjektivs und ist zu vernachlässigen.

In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform für die Objektivbaugruppe 2b dargestellt. Hier sind in einer Wechselfassung für die Objektivbaugruppe 2b ein von beiden Stereokanälen durch-60 setzes, gemeinsames, achromatisches Hauptobjektiv 16 sowie ein Paar aus Komponenten 17' und 18' bzw. 17' ' und 18' ' zusammengekittete Keilprismen zusammengefasst.

Die Ablenkung der Achsen der beiden Teilbüschel erfolgt hier durch das Hauptobjektiv 16. Die Keilprismen 17/18 dienen 65 lediglich zur Korrektion des infolge exzentrischen Durchganges durch das Hauptobjektiv 16 verursachten Farbquerfehlers in Richtung der Stereobasis. Die Keilprismen sind als dünne Blättchen ausgeführt und besitzen relativ kleine Keilwinkel.

TABELLE I

Prisma Winkel Glas

14 sin <x2 = 0,400 FK51 1,48794

15 sin a2 = 0,161 KZFSN4 1,61669

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Die in Fig. 2 und 3 gezeigten Objektivbaugruppen 2a und 2b unterschiedlichen Typs stimmen in ihren wesentlichen Daten wie Ausgangsschnittweite, Bündelquerschnitt, Separation der beiden Teilbüschel, chromatischer Korrekturzustand und in ihren mechanischen Anschlussmassen soweit überein, dass sie gegeneinander austauschbar am gleichen Mikroskoptubus benutzt werden können. Objektivbaugruppen 2b des in Fig. 3 abgebildeten Typs sind wegen des grossen Durchmessers des gemeinsamen Hauptobjektivs 16 und wegen der Notwendigkeit, für Hauptobjektive 16 unterschiedlicher Brennweite auch verschiedene, jeweils angepasste Keilprismensätze 17, 18 für die Korrektion fertigen zu müssen, etwas aufwendiger in der Herstellung. Dafür liegen aber die Schärfenebenen beider Stereokanäle in einer Ebene, was sich besonders vorteilhaft bei der Beobachtung ausgedehnter, ebener Objekte unter hoher Vergrösserung bemerkbar macht.

In Fig. 6 ist der Linsenschnitt für ein konkretes Ausführungsbeispiel eines gemeinsamen Hauptobjektivs mit der Brennweite f = 100 mm dargestellt. Das Hauptobjektiv besteht von der Bildseite her gesehen aus einer konkav-konvexen Sammellinse Li, einer bikonvexen Sammellinse L2 und einem sammelnden Kittglied mit den beiden Komponenten L3 und L4, wobei L3 eine bikonvexe Sammellinse und L4 eine konkav-plane Zerstreuungslinse ist.

Es besitzt die in der nachstehenden Tabelle II für die Radien r, die Luftabstände zwischen den Linsen a, die Linsendicken d und die Brechzahlen nd und Abbezahlen Vd der verwendeten Gläser angegebenen Daten:

TABELLE II

i ri/mm a;/mm di/mm nd Vd

1 - 30.5

11 - 38.1

2 538.6

12 -109.0 10 3 124.1

13 - 84.7 4 00

Die objektseitige Schnittweite s' beträgt 108,7 mm.

2o Die in Verbindung mit diesem Hauptobjektiv benutzen korrigierenden Keilprismen sind ebenso wie in Fig. 3 dargestellt als Kittglied aus zwei Keilprismen zusammengesetzt und bildseitig hinter dem Hauptobjektiv angeordnet. Der Abstand zwischen dem Hauptobjektiv und den Keilprismen ist dabei unkritisch, da das Hauptobjektiv eine unendliche Ausgangsschnittweite besitzt und demzufolge hinter dem Hauptobjektiv paralleler Strahlengang vorliegt.

Die Daten der Keilwinkel und Gläser für diese Keilprismen gibt die folgende Tabelle III wieder:

0,2 15 1,61772 49,77

0,2 6,7 1,58913 61,27

9,7 1,58599 61,04

4,0 1,76180 26,95

TABELLE III

Prisma

Winkel

Glas

Brechzahlen

17

18

sin ßi = 0,01803 SK5 sin ß2 = 0,01513 SFN64

1,59142 1,71135

nC'

1,58666 1,70014

nF'

1,59635 1,72380

1,60100 1,73637

Die Gläser für diese Keilprismen besitzen ein normales Dispersionsverhalten, da durch Wahl eines Glases mit anomaler 45 Dispersion (LgSK2) für die Linse L3 in dem in Fig. 6 gezeigten Hauptobjektiv bereits korrigierend auf das sekundäre Spektrum eingewirkt wird. Es ist allerdings auch möglich für die besagte Linse L3 ein «Normalglas», beispielsweise das für die Linse L2 verwendete SK5 zu wählen und dann für die Keilprismen Gläser 50 mit anomaler Dispersion vorzusehen.

In Fig. 5 ist die durch das Hauptobjektiv aus Fig. 6 verursachte, wellenlängenabhängige Differenz A des Ablenkwinkels sin 6 dargestellt. Der Graph A gibt die Verhältnisse ohne die Keilprismen und der Graph B die Verhältnisse incl. der korri-55 gierenden Wirkung der Keilprismen 17/18 wieder. Es ist zu erkennen, dass die selbst unter Verwendung eines gut korrigierten Hauptobjektivs vorhegende, chromatische Winkeldifferenz A sin Se-g = 36-10"5 in Richtung der Stereobasis mit Hilfe der Keilprismen auf einen Wert von A sin 6 = 10-10~5 verkleinert 60 worden ist.

Da das Hauptobjektiv eine Brennweite f = 100 mm besitzt, resultiert dies in einem Farbquerfehler im Objekt von 1 • 10~2 mm, was etwa der Auflösungsgrenze des Hauptobjektivs entspricht.

3 Blätter Zeichnungen

Claims

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2

PATENTANSPRÜCHE

1. Stereomikroskop mit zwei parallel geführten Teilbüscheln hinter einer Objektivbaugruppe (2), dadurch gekennzeichnet, dass in der Objektivbaugruppe (2a) zwei gegeneinander geneigte Teilobjektive (13', 13") verwendet sind und jeweils ein Paar achromatischer, ablenkender Keilprismen (14', 15' ; 14", 15' ' ) vorgesehen ist zur Kompensation des Neigungswinkels der Teilobjektive (13).
2. Stereomikroskop mit zwei parallel geführten Teilbüscheln hinter einer Objektivbaugruppe (2), dadurch gekennzeichnet, dass in der Objektivbaugruppe (2b) ein gemeinsames Hauptobjektiv (16) für beide Teilbüschel verwendet ist, und jeweils ein Paar geradsichtiger, dispersiver Keilprismen (17', 18' ; 17' ', 18") vorgesehen ist zur Korrektion des Farbquerfehlers in Richtung der Stereobasis.
3. Stereomikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils das Hauptobjektiv (16) bzw. die Teilobjektive (13) mit den Keilprismenpaaren (17, 18; 14, 15) zu einer als Wechselteil ausgebildeten Objektivbaugruppe (2b; 2a) zusammengesetzt sind.
4. Stereomikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Objektivbaugruppen (2) vorgesehen sind, die sich in der Brennweite der verwendeten Objektive unterscheiden.
5. Stereomikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Objektivbaugruppen (2b) mit gemeinsamem Hauptobjektiv (16) als auch Objektivbaugruppen (2a) mit zwei gegeneinander geneigten Teilobjektiven (13) vorgesehen sind und in ihren Daten soweit übereinstimmen, dass Objektivbaugruppen (2a, 2b) beiden Typs gegeneinander auswechselbar sind.
6. Stereomikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektivbaugruppen (2b) des Typs mit gemeinsamem Hauptobjektiv (16) an die Brennweite des verwendeten Hauptobjektivs (16) angepasste Keilprismenpaare (17, 18) enthalten, die sich in ihrem Dispersionsverhalten unterscheiden.
7. Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilprismen aus zwei Komponenten (17, 18; 14, 15) zusammengesetzt sind.
8. Stereomikroskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilprismen (14, 15) unter Verwendung von Gläsern mit anomaler Dispersion aufgebaut sind.
9. Stereomikroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptobjektiv (16) aus zwei Sammellinsen (Li, L2) und einem sammelnden Kittglied (L3, L4) besteht.
10. Stereomikroskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Radien n, die Abstände ai, die Dicken di, die Abbezahlen Vd, die Brechzahlen nd der Linsen (L1-L4), die Brennweite f und die objektseitige Schnittweite s', die Daten der nachstehenden Tabelle gewählt sind:

i tì/mm a/mm di/mm nd

Vd

1

- 30.5

0,2

15

1,61772

49,77

11

- 38.1

2

538.6

0,2

6,7

1,58913

61,27

12

-109.0

3

124.1

9,7

1,58599

61,04

13

- 84.7

4

00

4,0

1,76180

26,95

f = 100 mm s' = 108,7 mm